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1、第九章 电磁感应 考纲要览1知识点考纲要求电磁感应现象, 磁通量, 法拉第电磁感应定律, 楞次定律 导体切割磁感线时的感应电动势, 右手定则自感现象日光灯说明:1.导体切割磁感线时感应电动势的计算,只限于L垂直于B、v的情况2.在电磁感应现象里,不要求判断内电路中各点电势的高低考向预测 历年高考对本章知识点考查的频率较高,来年高考估计不会有很大的变动. 1.感应电流的产生和感应电流方向的判断,出题以选择题为主.2.导体切割磁感线产生感应电动势的计算.常结合力学、电学知识,解决与电量、热量的相关问题.3.法拉第电磁感应定律的应用是高考热点,常以综合性大题出现,并结合电路、力学、能量守恒等知识.4
2、.对电磁感应图象问题的考查主要以选择题为主,是常考知识点.5.结合实际应用问题.如日光灯原理、电磁阻尼、电磁驱动及磁悬浮原理等.第1课时 电磁感应现象 楞次定律基本知识回顾一、磁通量1.定义:磁感应强度与面积的乘积,叫做穿过这个面的磁通量.2.定义式:=BS.说明:该式只适用于匀强磁场的情况,且式中的S是跟磁场方向垂直的面积;若不垂直,则需取平面在垂直于磁场方向上的投影面积,即=BS=BSsin,是S与磁场方向的夹角.3.磁通量是标量,但有正负.的正负意义是:从正、反两面哪个面穿入，若从一面穿入为正,则从另一面穿入为负.4.单位:韦伯,符号:Wb.5.磁通量的意义:指穿过某个面的磁感线的条数.
3、6.磁通量的变化:=2-1,即末、初磁通量之差.(1)磁感应强度B不变,有效面积S变化时,则=2-1=BS.(2)磁感应强度B变化,磁感线穿过的有效面积S不变时,则=2-1=BS.(3)磁感应强度B和有效面积S同时变化时,则=2-1=B2S2-B1S1.二、电磁感应现象1.电磁感应现象:当穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中有感应电流产生,这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应.2.产生感应电流的条件表述1:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动.表述2:穿过闭合电路的磁通量发生变化,即0,闭合电路中就有感应电流产生.3.产生感应电动势的条件穿过电路的磁通量发生变化.电磁感应现象的实质
4、是产生感应电动势.如果回路闭合,则有感应电流;如果回路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流.说明:产生感应电动势的那部分导体相当于电源.三、感应电流方向的判断1.右手定则:伸开右手,让大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线从手心垂直进入,大拇指指向导体运动方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向.2.楞次定律内容:感应电流具有这样的方向,就是感应电流产生的磁场,总是要阻碍引起感应电流的磁通量变化.3.判断感应电流方向问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”,即为(1)明确原磁场:弄清原磁场方向及磁通量的变化情况;(2)确定感应磁场:即
5、跟据楞次定律中的“阻碍”原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向;(3)判定感应电流方向:即根据感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流的方向.即据原磁场(原方向及情况) 确定感应磁场(B感方向) 判断感应电流(I感方向).说明:1.楞次定律是普遍规律,适用于一切电磁感应现象,而右手定则只适用于导体切割磁感线运动的情况,此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定更简便.2.右手定则与左手定则的区别:抓住因果关系才能无误.“因动而电” 用右手;“因电而动”用左手.重点难点例析 一、磁通量及其变化的计算由公式=BS计算磁通量及磁通量的变化应把握好以下几点:(1) 此公式只适
6、用于匀强磁场(2) 式中的S是与磁场垂直的有效面积(3) 磁通量为双向标量,其正负表示与规定的正方向是相同还是相反 (4)磁通量的变化量是指穿过磁场中某一面的末态磁通量2与初态磁通量1的差值, 即=|2-1|.【例1】面积为S的矩形线框abcd,处在磁感应强度为B的匀强磁场中(磁场区域足够大),磁场方向与线框平面成角,如图9-1-1所示,当线框以ab为轴顺时针转900过程中,穿过 abcd 的磁通量变化量= .【解析】设开始穿过线圈的磁通量为正,则在线框转过900的过程中,穿过线圈的磁通量是由正向BSsin减小到零,再由零增大到负向BScos,所以,磁通量的变化量为:=2-1=-BScos-B
7、Ssin=-BS(cos+sin)【答案】-BS(cos+sin) 【点拨】磁通量正负的规定:任何一个面都有正、反两面,若规定磁感线从正面穿入磁通量为正,则磁感线从反面穿入时磁通量为负.穿过某一面积的磁通量一般指合磁通量.拓展在水平面上有一不规则的多边形导线框,面积为S=20cm2,在竖直方向加以如图9-1-2所示的磁场,则下列说法中正确的是(方向以竖直向上为正)( ) A.前2s内穿过线框的磁通的变化为=0B.前1s内穿过线框的磁通的变化为=-30WbC.第二个1s内穿过线框的磁通的变化为=-3x10-3WbD.第二个1s内穿过线框的磁通的变化为= -1x10-3Wb【解析】由题意可知:刚开
8、始计时磁感应强度为1.5T,方向竖直向上,在1s内均匀减小到零,第二个1s内反向增大到-1.5T,因此前1s或第一个1s及第二个1s内磁通量的变化都是-3x10-3Wb.选项C正确.【答案】( C )【点拨】本题易错选A,错因是忽视了磁通量的正负号. 二、感应电流方向的判定感应电流方向的判定方法:方法一:右手定则(部分导体切割磁感线)方法二:楞次定律【例2】某实验小组用如图9-1-3所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是( ) A.abB.先ab,后baC.先baD.先ba,后ab【解析】确定原磁场的方向:条形磁铁在穿入线圈的过程中,磁场方
9、向向下明确回路中磁通量变化情况:向下的磁通量增加由楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上应用右手定则可以判断感应电流的方向为逆时针方向(俯视),即: ba同理可以判断:条形磁铁穿出线圈过程中,向下的磁通量减小,由楞次定律可得线圈中将产生顺时针的感应电流(俯视),电流从ab.【答案】( D )【点拨】根据楞次定律判断感应电流方向,有以上四个基本步骤.拓展如图9-1-4所示,用一根长为L质量不计的绝缘细杆与一个上弧长为、下弧长为d0的金属线框的中点连结并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且 d0L.先将线框拉开到如图所示位置
10、,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦力,下列说法正确的是( ) A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为abcdaB.金属线框离开磁场时感应电流的方向为adcbaC.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等D.金属线框最终将在磁场内做简谐运动【解析】由右手定则或楞次定律均可判断,当线框进入磁场时,感应电流方向为:adcba,当线框离开磁场时,感应电流方向为:abcda.金属线框在进入或离开磁场时,机械能都要减小,最终将在磁场内做往复运动,由于d0L,线框运动为简谐运动.选项D正确. 【答案】( D )三、楞次定律推论的应用在实际问题的分析中,楞次定律的应用可拓展为以下四个方
11、面 阻碍原磁通量的变化,即“增反减同”; 阻碍相对运动,即“来拒去留”; 使线圈面积有扩大或缩小的趋势,即“大小小大”; 阻碍导体中原来的电流发生变化,即“自感现象”.【例3】如图9-1-5所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴 O转动的闭合矩形导体线圈,当滑动变阻器R滑片 P自左向右滑的过程中,线圈ab将( ) A.静止不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.发生转动,但电源的极性不明,无法确定转动方向【解析】 图9-1-5中的两个通电线圈绕向相同,电流的磁场方向相同,两磁铁之间合磁场方向是水平的.当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动时,电路中电流增大,两磁铁之间合磁场增强,穿过矩形线圈的磁通量增大
12、.根据楞次定律,矩形闭合线圈中的感应电流磁场要阻碍磁通量增大,所以矩形线圈会顺时针转动,减小其垂直于磁场方向的投影面积,才能阻碍穿过的磁通量增大.【答案】( B )【点拨】本题现象属于减小面积阻碍磁通量增大情形.分析时应注意两通电线圈绕向相同还是相反,以及线圈所在处磁场的方向.四、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的综合应有解决此类问题的关键是抓住因果关系因电而生磁(IB)安培定则因动而生电(v、BI感)右手定则因电而受力(I、BF安)左手定则易错门诊【例3】在图9-1-6中，CDEF为闭合线圈，AB为电阻丝.当滑动变阻器的滑动头向下滑动时，线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方
13、向是“”时，电源的哪一端是正极？【错解】当变阻器的滑动头在最上端时，电阻丝AB因被短路而无电流通过.由此可知，滑动头下移时，流过AB中的电流是增加的.当线圈CDEF中的电流在G处产生的磁感强度的方向是“”时，由楞次定律可知AB中逐渐增加的电流在G处产生的磁感强度的方向是“”，再由右手定则可知，AB中的电流方向是从A流向B，从而判定电源的上端为正极.【错因】楞次定律中“感生电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”，所述的“磁通量”是指穿过线圈内部磁感线的条数，因此判断感应电流方向的位置一般应该选在线圈的内部,而不是选在线圈的外部.【正解】当线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方
14、向是“”时，它在线圈内部产生磁感强度方向应是“”，AB中增强的电流在线圈内部产生的磁感强度方向是“”，所以，AB中电流的方向是由B流向A，故电源的下端为正极.【答案】电源的下端为正极【点拨】分析电学问题也要注意正确选取研究对象.课堂自主训练1.两圆环A、B置于同一水平面上,其中A为均匀带电绝缘环,B为导体环.当A以如9-1-7所示的方向,绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示的感应电流,则( BC )A.A可能带正电且转速减小B.A可能带正电且转速增大C.A可能带负电且转速减小D.A可能带负电且转速增大【解析】若A带正电, 则穿过B的磁通量垂直纸面向里,只有磁通量增大时,B中才会产生逆时针方向的感应有尽电流,故A的转速应增大,选项B正确A错误.若A带负电,同理可推断选项C正确D错误.【答案】( BC ) 2.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图9-1-8所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( D )A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板
